北航迈克尔逊干涉仪研究性实验报告.docx

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北航迈克尔逊干涉仪研究性实验报告

篇一：

北航迈克尔逊干涉仪研究性实验报告

基础物理实验研究性报告

迈克尔逊干涉实验

作者姓名刘品

学号11031154

所在院系自动化科学与电气工程学院

攻读专业自动化专业

2021年12月11日

摘要................................................................................................................................1

Abstract..........................................................................................................................1

1实验原理....................................................................................................................2

1.1迈克尔逊干涉仪的光路............................................................................................2

1.2单色点光源的非定域干涉条纹................................................................................2

1.2单色点光源的非定域干涉条纹................................................................................3

1.3迈克尔逊干涉仪的机械结构....................................................................................4

2实验仪器....................................................................................................................5

3实验主要步骤.............................................................................................................5

3.1迈克尔逊干涉仪的调整............................................................................................5

3.2点光源非定域干涉条纹的观察与测量....................................................................5

3.3数据处理...................................................................................................................5

4实验数据处理............................................................................................................5

4.1实验数据记录...........................................................................................................5

4.1实验数据记录...........................................................................................................6

4.2用逐差法处理数据...................................................................................................6

4.3计算不确定度...........................................................................................................6

4.3计算不确定度...........................................................................................................7

5误差来源分析............................................................................................................7

6实验经验总结............................................................................................................8

6.1对d的值选取问题.....................................................................................................8

6.2起始位置的选取.......................................................................................................8

6.3调节技巧...................................................................................................................8

6.4干涉图样不圆整、不规则........................................................................................8

7实验的改进方案........................................................................................................9

7.1实验计数系统改进...................................................................................................9

7.2激光器的改进............................................................................................................9

7.3实验环境的改进........................................................................................................9

8实验感想与收获........................................................................................................9

9对本学期基础物理学实验的体会和建议................................................................10

通过迈克尔逊干涉仪观察光的分振幅干涉现象，采集数据并进行处理，计算出所测激光的波长，并对计算结果的不确定度进行仔细的分析。

根据实验数据对误差来源进行了定量分析，同时总结了实验仪器调节的经验与方法。

最后，根据自身的实验经历对实验的改进提出建设性的意见。

关键词：

迈克尔逊干涉；波长；误差；实验改进。

Abstract

ByMichelsoninterferometerobservationlightamplitudesplittineinterferencephenomenon,datacollectionandprocessing,calculatedfromthemeasuredlaserwavelength,andthecalculationresultsoftheuncertaintyofthecarefulanalysis.Accordingtotheexperimentaldata,theerrorsourceofquantitativeanalysis,andsummarizestheexperienceandmethodsofexperimentalinstrumentregulation.Finally,accordingtoourownpracticalexperiences,wegiveouttheimprovementfortheexperimentofconstructiveviews.

Keywords:

Michelsoninterferometer;wavelength;error;experimentimprovement.

1实验原理

1.1迈克尔逊干涉仪的光路

迈克尔逊干涉仪的光路如图1所示，从光源S发出的一束光射在分束板G1上，将光束分

为两部分：

一部分从G1的半反射膜处反射，

射向平面镜M2；另一部分从G1透射，射向平

面镜M1。

因G1和全反射平面镜M1、M2均成

45°角，所以两束光均垂直射到M1、M2上。

从M2反射回来的光，透过半反射膜；从M1反

射回来的光，为半反射膜反射。

二者汇集成

一束光，在E处即可观察到干涉条纹。

光路中

另一平行平板G2与G1平行，其材料及厚度与

G1完全相同，以补偿两束光的光程差，称为

补偿板。

反射镜M1是固定的，M2可以在精密导轨

上前后移动，以改变两束光之间的光程差。

M1，M2的背面各有3个螺钉用来调节平面镜

的方位。

M1的下方还附有2个方向相互垂直的拉簧，松紧它们，能使M1支架产生微小变形，以便精确地调节M1。

在图1所示的光路中，M1’是M1被G1半反射膜反射所形成的虚像。

对观察者而言，两相干光束等价于从M1’和M2反射而来，迈克尔逊干涉仪所产生的干涉花纹就如同M2与M1’之间的空气膜所产生的干涉花纹一样。

若M1’与M2平行，则可视作折射率相同、厚度相同的薄膜（此时的为等厚干涉）；若M1’与M2相交，则可视作折射率相同、夹角恒定的楔形薄膜。

1.2单色点光源的非定域干涉条纹

如图2所示，M2平行M1’且相距为d。

点光源S

发出的一束光，对M2来说，正如S’处发出的光一样，

即SG=S’G；而对于在E处观察的观察者来说，由于

M2的镜面反射，S’点光源如处于S2’处一样，即

S’M2=M2S2’。

又由于半反射膜G的作用，M1的位置

如处于M1’的位置一样。

同样对E处的观察者，点光

源S如处于S1’位置处。

所以E处的观察者多观察到的

干涉条纹，犹如虚光源S1’、S2’发出的球面波，它们

在空间处处相干，把观察屏放在E空间不同位置处，

都可以见到干涉花样，所以这一干涉是非定域干涉。

如果把观察屏放在垂直与S1’、S2’连线的位置上，则

可以看到一组同心圆，而圆心就是S1’、S2’的连线与

屏的交点E。

设在E处（ES2’=L）的观察屏上，离中心

E点远处有某一点P，EP的距离为R，则两束光的光程

差为

2d?

2L?

R2222时，展开上式并略去d/L，则有

2Ld/

d22?

2dcos?

式中，?

是圆形干涉条纹的倾角。

所以亮纹条件为

2dcos?

（k?

0,1,2,?

）

由上式可见，点光源非定域圆形干涉条纹有如下几个特点：

①当d、?

一定时，?

角相同的所有光线的光程差相同，所以干涉情况也完全相同；对应于同一级次，形成以光轴为圆心的同心圆环。

②当d、?

一定时，如?

0，干涉圆环就在同心圆环中心处，其光程差?

2d为最大值，根据明纹条件，其k也是最高级数。

如?

0，?

角越大，则cos?

越小，k值也越小，即对应的干涉圆环越往外，其级次k也越低。

③当k、?

一定时，如果d逐渐减小，则cos?

将增大，即?

角逐渐减小。

也就是说，同一k级条纹，当d减小时，该级圆环半径减小，看到的现象是干涉圆环内缩（吞）；如果d逐渐增大，同理，看到的现象是干涉圆环外扩（吐）。

对于中央条纹，若内缩或外扩N次，则光程差变化为2?

。

式中,?

d为d的变化量，所以有

d/N

④设?

0时最高级次为k0，则

k0?

2d/?

同时在能观察到干涉条纹的视场内，最外层的干涉圆环所对应的相干光的入射角为?

，则最低的级次为k?

，且

所以在视场内看到的干涉条纹总数为2d?

cos?

k0?

2d?

（1?

cos?

）

当d增加时，由于?

一定，所以条纹总数增多，条纹变密。

⑤当d?

0时，则?

0,即整个干涉场内无干涉条纹，见到的是一片明暗程度相同的视场。

⑥当d、?

一定时，相邻两级条纹有下列关系

2dcos?

篇二：